Quá trình thụ tinh được tái hiện theo phong cách Star Wars

Video dài 3 phút với cái tên “Sự khởi đầu” được tổng hợp bởi Don Ingber, nhà sáng lập của Viện Kỹ sư Sinh học Wyss, và Charles Reilly, một nhà khoa học là nhân viên tại đây trước kia đã làm việc với đạo diễn phim Peter Jackson tại hãng phim Park Road Post.

“Tôi cảm nhận khoa học được khắc họa như thói học vẹt ở trường phổ thông, trong khi đó khái niệm học vẹt, nếu bạn còn nhớ, không phải khoa học,” Ingber giải thích trong một phát ngôn. “Khoa học là theo đuổi điều chưa biết. Chúng ta có trách nhiệm tiếp cận cộng đồng và chuyển tải hứng khởi khám phá và phát hiện, và thật may mắn, ngành công nghệ phim ảnh đã đang làm điều đó rất tốt.”

Vậy nên bằng cách kết hợp khoa học và nghệ thuật, Ingber và Reilly đã có thể nhìn nhận tự nhiên, và thậm chí cả các giả thuyết có từ trước về các quá trình phân tử, qua một lăng kính hoàn toàn khác. Video đó và các phát hiện mới sau này đã được đăng trên tạp chí khoa học ACS Nano.

Trong tập phim ngắn, Ingber và Reilly đã lựa chọn vẻ đẹp dựa trên không gian của Star Wars, thay thế X-wings bằng tinh trùng và Death Star bằng một trứng. Vì thế nó có vẻ giống “Trận chiến giữa những tinh trùng” hơn là “ Trận chiến giữa những vì sao”, ở đó hàng triệu tinh trùng bơi và cạnh tranh để chiếm vị trí đầu tiên thụ tinh cho trứng.

Chìa khóa nằm ở việc giữ được tính giải trí đồng thời chính xác về mặt khoa học. Chuyển động phức tạp của đuôi tinh trùng đỏi hỏi dựng nên một mô hình sinh học đa quy mô từ bậc tế bào đến bậc nguyên tử. Nó giống như bắt đầu với tòa nhà Quốc hội và phóng gần lại đủ để nhìn từ ốc vít hay bu-lông gắn toàn bộ cấu trúc lại với nhau.

“Hóa ra việc làm một mô hình sinh học chính xác và dựng một mô phỏng đời sống chân thực trong phim bằng máy tính là rất giống nhau, giống ở chỗ bạn phải liên tục sửa chữa và điều chỉnh vật thể ảo của bạn cho đến khi nó phù hợp với hình ảnh và chuyển động thực,” Reilly nói. “Tuy nhiên, trong sinh học, sự mô phỏng còn phải được điều chỉnh theo các số liệu khoa học có sẵn và mô hình lý thuyết đã được thực nghiệm chứng minh.”

Để tạo video này, các nhà nghiên cứu đã kết hợp phần mềm dựng phim dựa theo vậy lý với phần mềm mô phỏng động lực học phân tử, trong khi phải đảm bảo rằng chuyển động chính xác với mọi quy mô kích cỡ.

Các hàng Dynein protein trong các vi cấu trúc hình ống của sợi trục chuyển động đồng bộ tạo nên chuyển động của sợi trục

Thành tựu quan trọng nhất của video này là sự miêu tả sợi trục của tinh trùng – một ống dài gồm 9 cặp vi cấu trúc hình ống xếp theo hình cột quanh một cặp trung tâm, ống này kéo dài hết chiều dài của đuôi. Video chỉ ra sợi tục uốn cong và duỗi thẳng như thế nào, tạo nên khả năng chuyển động cho đuôi. Lặn xuống sâu hơn, bộ máy này bao gồm các protein động cơ gọi là Dynein. Các hàng protein động cơ trong sợi trục di chuyển có tính đồng bộ, tạo ra chuyển động – một quá trình tương tự như tất cả những người chèo thuyền cùng chèo một lúc.

Chính tại đây mà các nhà nghiên cứu tìm ra một quá trình phân tử mới. Trong khi dựng mô hình 3 chiều, năng động của động cơ phân tử, các nhà nghiên cứu đã học được rằng một vùng khớp nối cụ thể của phân tử Dynein chuyển động đồng thời theo hướng đặc trưng của nó khi lực tác động vào vị trí liên kết, có nghĩa là, tại điểm mà liên kết hóa học bị bẻ gãy, năng lượng được giải phóng. Đó là một điều các nhà khoa học chưa từng thấy trước đây.

Quý vị có thể xem video mô tả quá trình thụ tinh theo phong cách Star Wars tại đây: